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"ELEMENTS DE CHAUFFAGE ELECTRIQUE ET MODE D'EMPLOI DANS LES FOURS"
La présente invention concerne des éléments de chauf- fage électrique et un mode de chauffage électrique de fours par rayonnement basé sur l'emploi de ces éléments.
Il est connu d'utiliser, pour le chauffage par rayonne- ment, des matières telles que le carbone, le molybdène, etc.., susceptibles d'être portées à haute température par le passage d'un courant électrique. Ces matières étant en général rapidement détruites par oxydation à la haute température à laquelle elles sont portées, il est usuel de les protéger par un revêtement réfractaire imperméable aux gaz et de les maintenir dans une atmosphère neutre. On construit ainsi, soit des fours constitués
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par un tube entouré par la résistance, les objets à chauffer étant placés dans la capacité intérieure du tube, soit des résis- tances protégées par un tube réfractaire et placés dans la capa- cité du four proprement dit.
La première.de ces réalisations ne convient que pour des fours de faible capacité, en tout cas non comparables aux fours usuels des industries métallurgique et verrière, lesquels contiennent plusieurs centaines de tonnes de matières en fusion.
La seconde de ces réalisations, qui permet théoriquement de chauffer des fours d'une dimension quelconque, se trouve pra- tiquement limitée par la résistance mécanique des tubes réfrac- taires, dont les difficultés de fabrication sont en outre très grandes lorsqu'on dépasse une longueur d'environ 2 ou 3 mètres.
Ces résistances doivent traverser complètement le four à chauffer, l'entrée du courant électrique se faisant par un bout et la sortie par le bout opposé. La mise en place et le retrait des résistances sont déli-eats en raison de leur fragilité et leur surveillance est difficile. Leur longueur limitée ne permet absolument pas leur application dans les fours existants dont certains atteignent jusqu'à 10 m. de largeur.
Les éléments de chauffage électrique, objet de la pré- sente invention, peuvent s'appliquer à toute espèce de four à chauffage par rayonnement et notamment aux fours de type exis- tant chauffés actuellement au gaz, tels que les fours à bassin de verrerie, etc...
Les caractéristiques de l'invention,seront plus nette- ment définies au cours de la description qui va suivre et qui se réfère aux dessins schématiques ci-annexés :
La fig. 1 représente, en coupe longitudinale, un élé- ment de chauffageconforme à l'invention.
La fig. 2 représente, en coupe transversale, un four à bassin dans lequel le chauffage est réalisé par l'emploi de tels éléments.
La fig. 3 représente, en coupe longitudinale un autre élément de chauffage conforma à l'invention.
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Les fig. 4,5 et 6 sont des coupes transversales, respectivement suivant les axes A A', B B' et C C' de la fig.3.
La fig. 7 est un schéma de montage.
Chaque élément, fig. 1, est constitué par une enveloppe l, en matière réfractaire convenable, de préférence étanche aux gaz à haute température. La partie inférieure la de cette en- veloppe est amincie de manière à offrir le moins de résistance possible à la transmission de la chaleur dégagée par une résis- tance 2 qu'elle renferme.
Cette résistance 2 est constituée par une amenée de courant tubulaire 2a dont la partie inférieure 2b, logée dans la partie la de l'enveloppe 1, offre une section réduite au passage du courant électrique. Un disque 2c fileté intérieure- ment et extérieurement, est vissé à l'extrémité de la partie 2b et la réunit à une tige centrale 2d qui sert au retour du cou- rant, sur laquelle il est également vissé.
Sur la fig. 1, la résistance 2, supposée par exemple en graphite, est façonnée en hélice à sa partie inférieure 2b-; il est loisible suivant l'invention de prévoir toute autre dis- position produisant le même résultat, à savoir que la résis- tivité de la partie 2b est considérablement plus élevée que celle des parties 2a et 2d en vue d'effectuer le dégagement de la chaleur principalement dans la partie 2b, laquelle rayonne sur la partie :la de l'enveloppe 1, qui à son tour transmet la chaleur aux objets environnants. A cet effet, l'invention pré- voit également que les parties 2a, 2c, 2d pourront être, soit constituées par la marne matière que la partie 2b mais avec une section plus élevée, soit en une matière ayant une résistivité plus fa ible .
Une pièce réfractaire isolante,3, de forme convenable, sert à centrer la tige 2d par rapport à la pièce 2a et joue en même temps la rôle d'un écran s'opposant à la transmission de la chaleur. La pièce 2a repose sur l'enveloppe 1 et la pièce 3 repose sur la pièce 2a par des collerettes f, g,h prévues à leur partie supérieure et entre lesquelles sont intercalés des
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joints étanches 7 destinés à s'opposer aux rentrées d'air ou de gaz.
Les pièces 1, 2a et 3 sont maintenues serrées entre elles par une bride 4, des boulons 5 et des vis 6, agencés de toute façon appropriée. La bride 4 qui est, en totalité ou partiellement, composée- de matière isolante presse un bourrage 8 placé entre la pièce réfractaire 3 et la tige centrale 2d. L'étan- chéité de l'élément étant ainsi assurée, on peut, suivant l'in- vention, prévoir des moyens pour assurer une circulation ou un remplissage d'un gaz neutre.
Des connexions sont prévues en 9 et 10 pour l'amenée du courant aux pièces 2a et 2d,
On conçoit que, dtune part un élément ainsi constitué conserve la résistance chauffante dans une atmosphère neutre et en empêche la destruction et que d'autre part, le dégagement, de chaleur provoqué par le passage du courant électrique se produit principalement dans la partie :la de l'élément.
L'application de tels éléments au chauffage d'un four à bassin B est montrée, à titre d'exemple, sur la fig. 2.
Des éléments E1, E2, E3, E4, E5 ..... sont placés dans la voûte V du four, la partie inférieure la dépassant seule de la voûte V. Ces éléments peuvent être placés, soit verticale- ment comme E1, E2, E3, soit perpendiculairement à la voûte V comme E3, E4, E5, soit même horizontalement dans les parois verticales du four, ce mode de placement n'étant pas figuré.
Les avantages principaux de ces éléments de chauffage sont notamment la facilité de pose dans la voûte ou les parois d'un four de dimensions quelconques, la facilité de connexion à des conducteurs rapprochés.
Dans la variante. représentée fig. 3 à 6, l'élément de chauffage est constitué par une enveloppe protectrice formée de plusieurs pièces en matière réfractaire, des amenées de courant et des pièces de connexion présentant une faible résistivité et des baguettes-résistances de faible section présentant des points de suspension multiples.
Une gaine réfractaire 1, fig. 3, de préférence cylin-
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drique, est munie dans sa partie médiane d'une bride la servant à supporter l'ensemble de l'élément chauffant sur la voûte du four où- il est adapté. Un renflement ib à la partie supérieure de la gaine 1 est utilisé pour la fixation des brides ou col- liers de blocage des autres pièces, ainsi qu'il sera décrit ci-après.
La partie inférieure de la gaine 1 reçoit un protec- teur 2 en matière réfractaire convenable, telle que Sillimanite, corindon fritté, etc..., et de faible épaisseur. Le protecteur 2 est centré par rapport à la gaine 1 au moyen d'une portée tron- , conique 2a s'appliquant sur une partie intérieure correspondante de la gaine 1. La jonction et le bon contact des pièces peuvent être assurés par une légère couche de ciment réfractaire. Le protecteur 2 est maintenu en place par un tube réfractaire 4.
Une couronne 5 en matière réfractaire applique le tube 4 contre le protecteur 2; elle est fixée sur la gaine 1, par des brides 20 et 21, des boulons 24 et la bague 22, en deux pièces, ap- puyée sous le renflement ib. Les pièces 1, 2, 4, 5, 20, 2i, 22 et 24 forment un ensemble facilement réalisable remplaçant l'en- veloppe protectrice, en une pièce, prévue ci-dessus et dont la fabrication est assez difficile en raison de la différence d'épaisseur des parois et de la longueur de l'ensemble.
Un autre avantage de la construction qui vient d'être décrite est que les différentes parties peuvent être constituées en -la matière la plus convenable et qu'en cas de bris de la partie la plus fragile, les autres pièces peuvent être réem- ployées.
Les pièces 4 et 5 peuvent être séparées par un joint .4 en amiante, par exemple. Un intervalle ménagé entre le tube 4 et la gaine l peut être rempli soit de sable, soit d'un ciment réfractaire, ou bien de carbone granulé.
Un couvercle 3, en matière réfractaire, est assujetti sur le tube 4 par les brides 19 et 21, la bague 22 et des bou- lons 25 passant dans des trous pratiqués dans la bride 20. Un joint 1', entre les pièces 3 et 4, maintient l'étanchéité de la
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capacité intérieure de l'élément de chauffage, formée par les pièces 2, 3 et 4.
Deux tiges 12, en carbone amorphe ou en graphite, tra- versent le couvercle 3 sur lequel elles sont fixées par des écrous en matière conductrice 23 qui servent également à fixer les amenées de courant. Des joints j" placés entre les pièces 3,
12 et 23 assurent l'étanchéité. Pour permettre l'échappement des gaz dilatés lors de la mise en température de l'élément de chauf- fage en question, il est prévu, soit de munir d'une soupape (non représentée sur la fig. 3) le couvercle 3, soit de mettre en com- munication la capacité intérieure de l'élément de chauffage avec l'atmosphère par un canal de très faible diamètre percé, par exemple, dans l'un ou l'autre des écrous 23 et à travers la tige 12 correspondante.
L'échappement des gaz peut se faire progres- sivement sans craindre de surpression à l'intérieur de l'élément.
Les rentrées d'air sont empêchées, soit -par le fonctionnement de la soupape, soit par l'obturation du canal d'échappement après mise en température, par exemple, par écrasement de la matière.
Il est à remarquer que la circulation de l'air dans le canal de très faible diamètre sera pratiquement nulle, en raison de l'égalité des pressions entre l'atmosphère et la capacité.
Cette dernière étant remplie de CO2 ou d'un gaz neutre, l'oxyda- tion et la mise hors service des électrodes sont ainsi empêchées.
Dans la partie inférieure de chacune des tiges 12 est vissée une barre filetée cylindrique 14, en carbone amorphe ou en graphite, qui reçoit un écran 10 en matière réfractaire et isolante. Un bloc de suspension 9 en matière réfractaire, est serré entre les tiges 12 et les barres 14. Des pièces de connexion 18, en carbone amorphe ou en graphite, relient entre elles deux barres 15 et deux barres 16 diamétralement opposées et suppor- , tées par le bloc 9, voir notamment fig. 3 et 4, les barres 15 et 16 étant vissées dans un trou taraudé des connexions 18. Ces barres 15 et 16 reçoivent également des écrans li, fig. 5, en matière réfractaire et isolante.
Les résistances chauffantes 13 proprement dites sont
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constituées par des baguettes de carbone amorphe ou de( graphite.
Elles sont filetées à chaque extrémité, mais d'un côté au pas à droite et de l'autre au pas à gauche. Les résistances 13 sont réunies deux à deux à leur partie inférieure au moyen de con- nexions, 17, fig. 3 et 6, Par les filetages à pas contraires, il est possible de visser simultanément les tiges 13 dans les barres 14, 15 ou 16 et dans les connexions 17; le montage des pièces est ainsi simplifié et elles ne peuvent se desserrer spontanément.
Ltavantage apporté par la construction des résistances constituées par des baguettes, est leur facilité de réalisation et leur résistance mécanique beaucoup plus élevée que celle -des résistanoes en hélices décrites précédemment. En effet, le taux de travail qui dépasse 20 Kgs/cm2 dans le graphite constituant les hélices, descend à moins de 0,2 Kgs/cm2 avec la disposition comportant des baguettes.
Les résistances 13 sont portées à haute température par le passage du courant électrique circulant suivant le schéma de la fig. 7; sur cette figure, I, II, III, IV, V et VI dési- gnent les différentes résistances 13. Ces résistances 13 rayon- nent sur la paroi intérieure du protecteur 2 qui rayonne à son tour sur les objets environnants. Les écrans 10 et 11 s'oppo- sant à la transmission de la chaleur par rayonnement, le bloc 9 et les connexions supérieures 18 se trouvent dans une zone à température relativement froide; le bloc 9 peut ainsi supporter facilement les efforts mécaniques modérés dus au poids des pièces réfractaires et des résistances.
Des intercalaires réfractaires et isolants 6, 7 et 8 servent à calorifuger la partie supérieure de l'élément de chauffage et à entraver la circulation des gaz chauds dans la capacité.
Il est loisible, suivant l'invention,.de faire varier le nombre des baguettes 13, ainsi que celui des barres et des , connexions. Il est également possible de prévoir l'alimentation de Isolément en courant triphasé par l'utilisation de trois tiges d'amenée de courant et d'un point neutre réunissant les baguettes
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résistances en nombre multiple de 3, le point neutre 'étant situé, soit dans la partie inférieure du protecteur 2 (pièce 17), sait à la partie moyenne de l'élément (pièce i8).
Les formes, dispositions et dimensions relatives des parties des éléments-de chauffage peuventmrier, de même leur assemblage peut être réalisé autrement, sans nuire à l'esprit de l'invention dont la caractéristique essentielle est de réaliser un élément dont la partie active pénètre dans le four à chauffer, l'amenée et la sortie du courant se faisant par la même extrémité à l'extérieur du four..
Le nombre, la répartition et la position des éléments dans un four sont fonction de la puissance totale à prévoir et dépendent directement de l'emploi suivant l'invention.